Билет №25

1. Что называется коэффициентом мощности? Способы его увеличения.

Работа асинхронных двигателей, трансформаторов и других устройств переменного тока, обладающих индуктивным сопро­тивлением, сопровождается периодическим изменением возни­кающего в них магнитного потока. При всяком изменении маг­нитного потока в цепи этих устройств возникает электродвижущая сила самоин­дукции, противодействующая изменению магнитного потока. По­этому напряжение генераторов переменного тока, установлен­ных на электростанциях, содержит составляющую, которая в каждый момент времени компенсирует противодействие электродвижущей силы самоиндукции. Следовательно, и мгновенное значение мощности генератора всегда содержит такую составляющую, которая обусловлена противодействием электродвижущей силы самоиндукции. Эта со­ставляющая мгновенной мощности генератора называется реак­тивной мощностью.

Как известно из курса электротехники, реактивная мощ­ность, идущая на создание магнитного потока в аппаратах и машинах, обладающих индуктивным сопротивлением, 4 раза в течение каждого периода переменного тока меняет свое направление, причем среднее значение этой мощности за каждый полупериод равно нулю.

Таким образом, токоприемникам промышленных предприя­тий доставляется, кроме активной энергии, преобразуемой в них в другие виды энергии, и реактивная энергия, которая необхо­дима для создания магнитных полей в электродвигателях и трансформаторах.

Реактивная энергия, соответствующая реактивной мощности, не производит полезной работы. Обмен реактивной мощностью между токоприемниками и генераторами электростанций приво­дит к добавочным потерям энергии в линиях, трансформаторах и генераторах.

Мерой соотношения между активной и реактивной мощно­стью является коэффициент мощности, определяемый как отно­шение активной мощности Р к полной S:

(83)

где Q – передаваемая реактивная мощность.

При синусоидальной форме напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла сдвига фаз между напряжением и током.

По формуле (83) можно определить текущее значение ко­эффициента мощности для определенного момента времени.

Основным показателем потребления реактивной мощности за некоторый период наблюдения (сутки, месяц, год) является средневзвешенный коэффициент мощности, рассчитываемый по формуле:

(84)

где W_а и W_р – разность показаний счетчиков активной и реак­тивной энергии за период наблюдения.

Коэффициент мощности электротехнической установки без применения специальных средств для повышения его носит на­звание естественного. Естественный cosφ большей части про­мышленных предприятий колеблется в пределах 0,6 – 0,8.

Реактивная энергия, потребляемая предприятием, определя­ется намагничивающей мощностью, требуемой отдельным эле­ментам электроустановки. На долю асинхронных двигателей приходится более 60% всей реактивной энергии, потребляемой от энергетических систем промышленными предприятиями, а на долю трансформаторов – до 20%. Остальная часть (около 20%) приходится на долю преобразовательных подстанций, установок индукционного нагрева, реакторов, воздушных линий. Та­ким образом, основными потребителями реактивной энергии на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели и трансформаторы.

На нефтепромыслах реактивную мощность потребляют в ос­новном асинхронные двигатели. Номинальный коэффициент мощности современных асинхронных двигателей составляет 0,75 – 0,9. Однако при эксплуатации он оказывается значитель­но более низким по нескольким причинам.

7. Недогрузка электродвигателя. При этом активная мощ­ность Р электродвигателя снижается, а реактивная мощность Q, которая зависит от намагничивающего тока, при постоянном напряжении сети мало меняется. Особенно низок коэффициент мощности у двигате­лей, работающих при пульсирующем характере нагрузки или переменном графике нагрузок. Поэтому у приводных двига­телей станков-качалок, буровой лебедки и ротора чрезвычайно низок коэффициент мощности (0,4 – 0,5). Асинхронные двигате­ли компрессорных и насосных установок, как правило, загруже­ны полностью и работают с коэффициентом мощности, близким к номинальному.

8. Увеличение напряжения сети. Магнитная индукция в магнитопроводе электродвигателя пропорциональна напряжению се­ти. При номинальном напряжении значение магнитной индукции соответствует «колену» кривой намагничивания электротехниче­ской стали. Поэтому когда напряжение возрастает, значение магнитной индукции соответствует зоне насыщения, в результа­те чего резко увеличиваются намагничивающий ток и реактив­ная мощность.

9. Некачественный ремонт электродвигателя. Снижение ко­эффициента мощности электродвигателя после ремонта может быть вызвано изменением обмоточных данных, в результате че­го магнитная индукция может перейти в зону насыщения, и проточкой ротора, то есть увеличением воздушного зазора и, следовательно, возрастанием намагничивающего тока.

Таким образом, низкий коэффициент мощности приводит к увеличению потерь электроэнергии и капитальных затрат. По­этому его повышение – важная народнохозяйственная задача.

При расчетах, связанных с определением коэффициента мощности и проведением мероприятий по его повышению, более удобно пользоваться не cos φ, а реактивной мощностью Q и ее отношением к активной мощности Р, то есть тангенсом угла φ, связанным известным соотношением с коэффици­ентом мощности – cos φ.

Коэффициент мощности электроустановки может быть повы­шен без применения компенсирующих устройств или путем ис­пользования этих устройств. В первом случае уменьшают по­требляемую токоприемниками реактивную энергию путем применения рациональных типов электрооборудования или режимов его использования. Эти меры служат для того, чтобы сократить, а если возможно, и исключить потребность в специальных ком­пенсирующих устройствах.

В нефтяной промышленности используют различные способы повышения естественного коэффициента мощности.

Применение синхронных двигателей. В до­полнение к преимуществам, синхронные двигатели обладают способностью работать с током, опережа­ющим напряжение, и, следовательно, выполнять функции гене­раторов реактивной энергии.

Максимальная загрузка двигателей и заме­на малозагруженных двигателей двигателя­ми меньшей мощности. В первую очередь следует стре­миться к увеличению загрузки асинхронных двигателей путем лучшего использования производственных механизмов и совер­шенствования технологического процесса, ведущих к улучшению энергетического режима оборудования и повышению коэффи­циента мощности. Замена малозагруженного асинхронного дви­гателя двигателем меньшей мощности должна быть рентабель­ной, то есть должна сопровождаться уменьшением суммарных по­терь активной мощности в двигателе и сетях. Асинхронные дви­гатели, средняя нагрузка которых не превышает 40% их номи­нальной мощности, как показывают расчеты, подлежат замене двигателями меньшей мощности. При средней загрузке двигателя на 70% и более замена нерентабельна. Если же средняя за­грузка двигателя составляет 40 – 70% номинальной мощности, то для решения вопроса о замене двигателя необходимо сделать расчет рентабельности такой замены.

Снижение напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей. Часто замена недогруженно­го асинхронного двигателя двигателем меньшей мощности оказывается затруднительной как по конструктивным, так и произ­водственным соображениям. В этом случае целесообразно вклю­чить в цепь статора двигателя тиристорный регулятор напряже­ния, который при недогрузке двигателя автоматически понизит напряжение на его зажимах. Уменьшение напряжения вызыва­ет уменьшение намагничивающего тока. Поскольку активная составляющая тока при этом не изменяется, происходит умень­шение угла φ и увеличение коэффициента мощности. Уменьше­ние напряжения на зажимах статора двигателя влечет за собой также и уменьшение потерь в стали статора, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия.

К рассмотренной группе мероприятий также относятся: устранение холостой работы асинхронных двигателей посредст­вом ограничителей холостого хода, отключение трансформаторов при загрузке менее 30% с переводом их нагрузки на другие трансформаторы, улучшение качества ремонта трансформаторов и асинхронных двигателей.

Повышение коэффициента мощности с по­мощью компенсирующих устройств. Ток I₁ (рисунок 77), потребляемый асинхронным двигателем, отстает по фазе от напряжения на угол φ₁ вследствие индуктивного характера нагрузки. При параллель­ном соединении конденсатора потребляемый им ток I_к, опере­жающий напряжение на 90°, будет складываться с током U. В результате потребляемый из сети реактивный ток уменьшит­ся до величины I_2р:

(85)

Тогда ток I₂, потребляемый из сети, как видно из рисунка 77, б, меньше, чем ток I₁, и сдвинут по фазе на угол φ₂ < φ₁, чем и объясняется повышение коэффициента мощности.

Рисунок 77 – Схема включения конденсаторов (а) и векторные диаграммы токов (б) и мощности (в).

Из диаграммы токов и мощностей можно получить следую­щую формулу для расчета необходимой мощности компенсирую­щего устройства:

(86)

где P_сг – средняя годовая активная мощность, которую для не­прерывно работающих предприятий нефтяных промыслов нахо­дят делением годового потребления активной энергии на Т_в = 8000 часов, а для подсобных предприятий и заводов, работающих в две смены, – на 4000 часов и при трехсменной работе – на 6000 часов;

tgφ₁ – средневзвешенный коэффициент мощно­сти за 1 год до компенсации;

tgφ₂ – коэффициен­т мощности, который должен быть достигнут после компенса­ции.

В качестве компенсирующих устройств на нефтепромыслах обычно используют конденсаторные батареи, устанавливаемые на нефтепромысловых подстанциях напряжением 35/6 – 10 кВ и присоединяе­мые к шинам напряжением 6 – 10 кВ.

2. Общие сведения об электрических машинах. Принципы работы.

Дата добавления: 2015-10-02